ABSTRACT A diverse portfolio of SARS-CoV-2 vaccine candidates is needed to combat the evolving COVID-19 pandemic. Here, we developed a subunit nanovaccine by conjugating SARS-CoV-2 Spike protein receptor binding domain (RBD) to the surface of oxidation-sensitive polymersomes. We evaluated the humoral and cellular responses of mice immunized with these surface-decorated polymersomes (RBD surf ) compared to RBD-encapsulated polymersomes (RBD encap ) and unformulated RBD (RBD free ), using monophosphoryl lipid A-encapsulated polymersomes (MPLA PS) as an adjuvant. While all three groups produced high titers of RBD-specific IgG, only RBD surf elicited a neutralizing antibody response to SARS-CoV-2 comparable to that of human convalescent plasma. Moreover, RBD surf was the only group to significantly increase the proportion of RBD-specific germinal center B cells in the vaccination-site draining lymph nodes. Both RBD surf and RBD encap drove similarly robust CD4 + and CD8 + T cell responses that produced multiple Th1-type cytokines. We conclude that multivalent surface display of Spike RBD on polymersomes promotes a potent neutralizing antibody response to SARS-CoV-2, while both antigen formulations promote robust T cell immunity.

Abstract Fibrosis is involved in 45% of deaths in the United States, and no treatment exists to reverse the progression of the disease. Myofibroblasts are key to the progression and maintenance of fibrosis. We investigated features of cell adhesion necessary for monocytes to differentiate into myofibroblasts, seeking to identify pathways key to myofibroblast differentiation. Blocking antibodies against integrins α3, αM, and αMβ2 de-differentiate myofibroblasts in vitro , lower the pro-fibrotic secretome of myofibroblasts, and reverse lung and kidney fibrosis in vivo . Decorin’s collagen-binding peptide directs blocking antibodies (against integrins-α3, -αM, -αMβ2) to both fibrotic lungs and fibrotic kidneys, reducing the dose of antibody necessary to reverse fibrosis. This targeted immunotherapy blocking key integrins may be an effective therapeutic for the treatment and reversal of fibrosis. Summary Blocking antibodies against integrins-α3, -αM, and -αMβ2 can be targeted to sites of fibrosis, reverse lung and kidney fibroses, and offer the potential to bring immunotherapy to fibrosis

Summary The only FDA-approved oral immunotherapy for a food allergy provides protection against accidental exposure to peanuts. However, this therapy often causes discomfort or side effects and requires long-term commitment. Better preventive and therapeutic solutions are urgently needed. We have developed a tolerance-inducing vaccine technology that utilizes glycosylation-modified antigens to induce antigen-specific non-responsiveness. The glycosylation-modified antigens were administered intravenously (i.v.) or subcutaneously (s.c.) and were found to traffic to the liver or lymph nodes, respectively, leading to preferential internalization by antigen-presenting cells, educating the immune system to respond in an innocuous way. In a mouse model of cow’s milk allergy, treatment with glycosylation-modified β- lactoglobulin (BLG) was effective in preventing the onset of allergy. In addition, s.c. administration of glycosylation-modified BLG showed superior safety and potential in treating existing allergies in combination with an anti-CD20 co-therapy. This platform may provide an antigen-specific immunomodulatory strategy to prevent and treat food allergies.

Abstract Butyrate, a metabolite produced by commensal bacteria, has been intensively studied for its immunomodulatory effects on various immune cells, including T regulatory cells, macrophages, and dendritic cells. Butyrate’s development as a drug has been limited by its poor oral bioavailability due to its rapid metabolism in the gut, its low potency and thus high dosing, and its foul smell and taste. By simply esterifying butyrate to serine ( O -butyryl -L -serine, SerBut), a design based on the concept of utilizing amino acid transporters to escape the gut and enhance systemic uptake thus increasing bioavailability, we developed an odorless and tasteless compound for oral administration. In the collagen antibody-induced arthritis (CAIA) and experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) murine models of rheumatoid arthritis and multiple sclerosis, we demonstrated that SerBut significantly ameliorated disease severity, modulated key immune cell populations both systemically and in disease-associated tissues, and reduced inflammatory responses without compromising global immune response to vaccination. Our findings highlight SerBut as a promising next-generation therapeutic agent for autoimmune and inflammatory diseases.

ABSTRACT The SARS-CoV-2 virus has caused an unprecedented global crisis, and curtailing its spread requires an effective vaccine which elicits a diverse and robust immune response. We have previously shown that vaccines made of a polymeric glyco-adjuvant conjugated to an antigen were effective in triggering such a response in other disease models and hypothesized that the technology could be adapted to create an effective vaccine against SARS-CoV-2. The core of the vaccine platform is the copolymer p(Man-TLR7), composed of monomers with pendant mannose or a toll-like receptor 7 (TLR7) agonist. Thus, p(Man-TLR7) is designed to target relevant antigen-presenting cells (APCs) via mannose-binding receptors and then activate TLR7 upon endocytosis. The p(Man-TLR7) construct is amenable to conjugation to protein antigens such as the Spike protein of SARS-CoV-2, yielding Spike-p(Man-TLR7). Here, we demonstrate Spike-p(Man-TLR7) vaccination elicits robust antigen-specific cellular and humoral responses in mice. In adult and elderly wild-type mice, vaccination with Spike-p(Man-TLR7) generates high and long-lasting titers of anti-Spike IgGs, with neutralizing titers exceeding levels in convalescent human serum. Interestingly, adsorbing Spike-p(Man-TLR7) to the depot-forming adjuvant alum, amplified the broadly neutralizing humoral responses to levels matching those in mice vaccinated with formulations based off of clinically-approved adjuvants. Additionally, we observed an increase in germinal center B cells, antigen-specific antibody secreting cells, activated T follicular helper cells, and polyfunctional Th1-cytokine producing CD4 + and CD8 + T cells. We conclude that Spike-p(Man-TLR7) is an attractive, next-generation subunit vaccine candidate, capable of inducing durable and robust antibody and T cell responses.

Abstract Fibrotic diseases are involved in 45% of deaths in the United States. In particular, fibrosis of the kidney and lung are major public health concerns due to their high prevalence and lack of existing treatment options. Here, we harness the pathophysiological features of fibrotic diseases, namely leaky vasculature and aberrant extracellular matrix (ECM) protein deposition (i.e. collagen), to target an anti-fibrotic biologic and a small molecule drug to disease sites of fibrosis, thus improving their therapeutic potential in mouse models of lung and kidney fibrosis. First, we identify and validate collagen-targeting drug delivery systems that preferentially accumulate in the diseased organs: von Willebrand Factor’s A3 domain (VWF-A3) and decorin-derived collagen-binding peptide-conjugated micelles (CBP-micelles). We then engineer and recombinantly express novel candidate biologic therapies based on the anti-inflammatory cytokine IL-10: A3-IL-10 and A3-Serum Albumin-IL-10 (A3-SA-IL-10). Simultaneously, we stably encapsulate the potential anti-fibrotic water-insoluble drug, rapamycin, in CBP-micelles. We show that these novel formulations of therapeutics bind to collagen in vitro and that their efficacy in mouse models of lung and kidney fibrosis is improved, compared to free, untargeted drugs. Our results demonstrate that collagen-targeted anti-fibrotic drugs may be next generation therapies of high clinical potential.

Immunogenic biologics trigger an anti-drug antibody (ADA) response in patients, which reduces efficacy and increases adverse reactions. Our laboratory has previously shown that targeting protein antigen to the liver microenvironment can reduce antigen-specific T cell responses; herein, we present a strategy to increase delivery of otherwise immunogenic biologics to the liver via conjugation to a synthetic mannose polymer (p(Man)). This delivery leads to reduced antigen-specific T follicular helper cell and B cell responses resulting in diminished ADA production, which is maintained throughout subsequent administrations of the native biologic. We found that p(Man)-antigen treatment impairs the ADA response against recombinant uricase, a highly immunogenic biologic, without a dependence on hapten immunodominance or control by Tregs. We identify increased TCR signaling and increased apoptosis and exhaustion in T cells as effects of p(Man)-antigen treatment via transcriptomic analyses. This modular platform may enhance tolerance to biologics, enabling long-term solutions for an ever-increasing healthcare problem.